Prof. Du Jiangfeng, Prof. Rong Xing, en hun collega's van het Key Laboratory of Micromagnetic Resonance, University of Science and Technology of China (USTC) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) hebben de strengste laboratoriumbeperkingen gesteld aan de exotische spin- en snelheidsafhankelijke interactie op micrometerschaal. Deze studie is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

De zoektocht naar donkere materie, donkere energie, en extra krachten is belangrijk voor het begrip van het bestaan ​​van de materie die ongeveer een kwart van het heelal uitmaakt, maar er is weinig vooruitgang geboekt. Het is noodzakelijk om theoretisch en experimenteel deeltjes buiten het standaardmodel te vinden, een traditioneel model voor microscopisch kleine deeltjes exclusief donkere materie, als kandidaten voor donkere materie.

Exotische spin-interactie kan worden geïnduceerd door nieuwe bosonen buiten het standaardmodel, zoals axonen, axonachtige bosonen, donkere fotonen en Z-bosonen. Sinds haar voorstel in 1984, er is een reeks geavanceerde experimenten gedaan om deze exotische spin-interacties te onderzoeken.

In dit onderzoek, de onderzoekers voerden een experimentele verkenning uit van de snelheidsafhankelijke exotische spin-interacties. Ze gebruikten de stemvork van kwarts om de massabron aan te drijven om een ​​eenvoudige harmonische beweging te maken in een richting loodrecht op het diamantoppervlak.

Vervolgens, ze ontwierpen de experimentele sequentie om de exotische interactie die moet worden onderzocht om te zetten in de kwantumfase-informatie van de single-spin kwantumsensor. Dit experiment gaf de laboratoriumlimiet op een type snelheidsafhankelijke spin-interactie op micrometerschaal. De limiet bij 200 micron is vier ordes van grootte strenger dan de grens die in de vorige resultaten is vastgesteld op basis van de atomaire spectra van Cesium, Ytterbium, en thallium.

Deze studie, als een interessant huwelijk tussen kwantumdetectietechnieken en de test van fundamentele interacties (traditioneel in de deeltjesfysica), aantrekkelijk is voor algemene natuurkundigen, en het biedt een benadering voor het onderzoeken van nieuwe fysica die verder gaat dan het standaardmodel.

Het team van prof. Du heeft zich gericht op onderzoek naar de statische exotische spin-interactie. in 2018, het gebruikte voor het eerst stikstof-vacature-defecten in diamant als een single-spin-sensor om te zoeken naar exotische spin-interacties ( Natuurcommunicatie ), en later de meest geoptimaliseerde beperking op dat moment op de micrometerschaal op de spin-afhankelijke exotische interactie met de single-spin sensor ( Fysieke beoordelingsbrieven ), demonstreert het vermogen van de single-spin kwantumsensor gemaakt van de enkele stikstof-vacature-centra in diamant om nieuwe fysieke fenomenen op micro-nano-schaal te verkennen.